با وجود تحولات عمده ای که استفاده از رایانه در عرصه تحلیل، طراحی و بهینه سازی، مدلسازی و تولید داده ساختار فولادی به وجود آورده تولید اطلاعات تا چندی پیش که پیشرفت ها و ابداعاتی در این زمینه به وقوع پیوست همچنان کار پرمشقت و وقت گیر به حساب می آمد که امکان خطا در آن نیز بسیار بود. در دنیای امروز چنانچه طراح به ابزار مناسب طراحی سازه های فضاکار مجهز نباشد تولید فرم این سازه ها بسیار دشوار است.

پیچیدگی تحلیل در طراحی

سازه فضایی معمولا دارای تعداد بسیار زیادی از اعضا هستند و تحلیل آنها با روش های قدیمی به بهترین و اقتصادی ترین شکل و براساس تمامی الزامات و آیین نامه ها موجب اتلاف وقت بسیار شده و در بیشتر موارد غیر ممکن است تا پایان دهه ۱۹۶۰ طراحی یک سازه فضاکار بر مبنای تشابه رفتار آن با رفتار یک پوسته پیوسته مرسوم بوده است. همچنین ثابت شده بود که میتوان رابطه بین تنش ها و تغییر شکل ها را حتی در سازه های بسیار پیچیده با استفاده از جبر ماتریسی بیان کرد. اما حل معادلات همزمان حاصله تا زمان ظهور رایانه ها به تعویق افتاد. در همان زمان مشخص شد که استفاده موثر از رایانه ها نیاز به زمینه جبر ماتریسی برای بیان تئوری سازه ها به صورتی مناسب و به زبان رایانه دارد.

چالش های تحلیل سازه

یکی از مشکلات اصلی در تحلیل سازه های فضاکار پیچیده آماده سازی ماهرانه داده ها جهت تحلیل رایانه ای است طی مراحل طراحی، شکل سازه فضاکار طراحی شده باید به دفعات باید عوض شود برای مثال تغییر این اعداد هنگامی که قرار است تنها یک تغییر کوچک در یک سازه بسیار پیچیده اتفاق افتد، بسیار دشوار خواهد بود نوشین کار تولید داده را این گونه توصیف می کند تنها یک کار سخت تر و خسته کننده تر از تولید داده وجود دارد و آن هم کنترل داده هاست.

انقلابی در مدلسازی و تحلیل دیتا

این وضعیت او را بر آن داشت تا در سال ۱۹۷۵ جبر فرمکس را در شکل ابتدایی آن ابداع کرده پس از بسط و تکمیل ایده اولیه آن را در سال ۱۹۸۴ منتشر کند. ابداع مفهوم بنیادی جبر فرمکسی از طرف بسیاری از متخصصان به عنوان برطرف کننده واقعی موانع مربوط به بیان جبری و فرایند تولید فرم های سازه ای قلمداد می شود.

تاثیرات جبر فرمکس

استفاده از جبر فرمکسی منتهی به شماره گذاری خودکار شکل سازه می شود که در آماده سازی داده های مورد نیاز جهت تحلیل رایانه ای بسیار مهم است. با انتشار این الگوریتم طولی نکشید که یک زبان برنامه نویسی به نام فرمین در رابطه با ایده های فرمکس شکل گرفت که امکان اعمال تغییرات را بر روی داده ها و آرایش اجزای سازه در حین اجرای برنامه فراهم می کرد این گام های بلند انقلابی را در عرصه تولید داده به صورت خودکار در سازه های فضاکار به وجود آوردند.

ساده شدن امور مهندسین پروژه

با ابداع این روش همکاری نزدیک میان معمار مهندس سازه و دیگر افراد درگیر در پروژه نیز تسهیل می شود فرمین سبب جریان سریع تغییر هندسه و شکل در هر مرحله ای از طراحی می شود و مجسم سازی سازه های فضاکار بسیار پیچیده نیز به نسبت بسیار آسان تر می شود .

تولید داده به شیوه فرمکس

برخی مزایای پایه ای تاشه پردازی فرمکسی به عنوان یک ابزار تولید داده را می توان به ترتیب زیر برشمرد.

تولید داده در سازه های پیچیده

فرآیند تولید داده را برای سیستم های سازه ای بسیار ساده می کند . هرچه سیستم سازه ای پیچیده تر باشد استفاده از این شیوه در ساده تر کردن روند تولید داده موثرتر است . تولید داده بدون یک ابزار مفهومی ، مناسب آشکارا یک کار دشوار است.

کاهش فضای ذخیره اطلاعات

کاهش فضای مورد نیاز برای ذخیره اطلاعات در این روش بسیار چشمگیر است از آنجا که شخص می تواند فرمول بندی فرمکسی که معمولاً از چند خط متن تشکیل شده را نگه دارد. فرمول بندی میتواند برای به دست آوردن داده ها به شکل عددی صریح هر زمان و به هر تعداد که نیاز باشد استفاده شود تفاوت ملزومات ذخیره داده ها به شکل یک فرمول بندی فرمکسی و داده ها در شکل عددی صریح میتواند قابل توجه باشد. برای سازه های بزرگ ، فضای مورد نیاز برای ذخیره سازی داده ها به روش معمول چند صد برابر فضای مورد نیاز در حالت فرمکس است.

نمونه واقعی استفاده از فرمکس

داده های ورودی سازه فضاکار یک آشیانه هواپیما با ۳۵۱۴ گره و ۱۲۹۲۶ عضو را در روش فرمکس می توان به راحتی در تعداد کمی صفحه متنی ASell جای داد. این مثال قدرت و زیبایی این شیوه را در ساده کردن روند تولید داده به خوبی نشان می دهد.

داده فرمول بندی فرمکسی یک سند مناسب برای آینده است . زیرا که شخص قادر است اطلاعات کاملی که در نهایت برای تحلیل به کار رفته را برای مراجعه آینده در قالب چند خط متن حفظ کند.

ایجاد تغییرات آنی در فرمکس

برحسب نیاز با پیشرفت روند تحلیل و طراحی سازه می توان به سادگی تغییراتی را در فرمول بندی فرمکس ایجاد کرد، به طوری که پس از هرگونه تغییرات در آرایش سازه شرایط تکیه گاه ها یا بارگذاری وضعیت جدید سازه بلافاصله در فرمول بندی منعکس شود که بازتاب دهنده ایده های در حال تغییر طرح حین فرآیند طراحی است و در هر لحظه فرمول بندی به روز شده اطلاعات کامل درباره آخرین مشخصات سیستم سازه ای در حال طراحی به دست می دهد.

نمایش سازه به شکل های مختلف

برای تولید داده های مربوط به یک آرایش سازه ای خاص ، لازم نیست طرح آن کشیده شود زیرا در روش فرمکس ، می توان آرایش مربوطه را بر روی صفحه مانیتور مشاهده کرده و یا از آن پرینت گرفت. در عمل به طور معمول یک طرح اولیه از یک بخش کوچک به عنوان نماینده ای از تاشه ترسیم می شود و از آن به عنوان یک راهنما برای فرمول بندی فرمکسی استفاده می شود همچنین این امکان وجود دارد که به سادگی تنها برای نوشتن یک فرمول بندی فرمکسی کامل یک تاشه از تجسم شخص استفاده شود.

اطلاعات کامل گره ها

استفاده از یک سیستم واقعی یا تلویحی برای شماره گذاری گره ها چه برای تعیین مشخصات یک آرایش سازه ای بر اساس فرمول بندی فرمکس و چه برای محاسبه تنش ها بر اساس داده های ورودی و با استفاده از یک نرم افزار تحلیل تنش سازگار غیر ضروری است . زیرا زمانی که یک فرمول بندی فرمکسی برای یک تاشه در دست باشد، اطلاعات می تواند به سادگی به شکل هر نوع شماره گذاری گره ای مورد نیاز برای ورود به نرم افزار تحلیل سازه ای بازسازی شود.

استفاده از توابع وفرمول ها

در این روش با استفاده از تابع لاینیشن می توان یک خروجی گرافیکی شامل شماره گذاری گره ها و اعضا انواع اجزا بارگذاری ها و نیروها از سازه مورد نظر گرفت. به طور دلخواه می توان از نرم افزارهای نقشه کشی مانند اتوکد یا مایکرو استیشن استفاده کرد.

فرمول بندی فرمکسی می تواند بر حسب پارامترها نوشته شود. برای مثال خانواده گنبدها را در نظر بگیرید اگر در فرمول بندی تاشه برای تعداد دنده های نصف النهاری پارامتر m و برای حلقه های مداری پارامتر n را به کار ببریم یک فرمول بندی فرمکسی که تمام اعضای این خانواده از گنبدها را تولید میکند مانند زیر است:

D= rinit(m, n-1, 1, 1) | {[ 1,0,1; 1,0,2], [1,0,1; 1,1,2],

#{[1,0,1; 1,1,1]

;rin(2, m, 1) | [1,0,n; 1,1,n]

اصطلاح فرمول بندی فراگیر برای اشاره به یک فرمول بندی فرمکسی که شامل پارامترهاست به کار می رود ایده فرمول بندی های فراگیر یک ابزار همه کاره برای یک طراح خلاق است پس افکار یک طراح می تواند با تعدادی پارامتر و استفاده از فرمین به یک فرمول بندی فراگیر تبدیل شود.

ویژگی های فرمول فرمکسی

فرمول بندی فرمکسی یک تاشه می تواند نسبت به هر سیستم مرجع مناسبی تولید شود. مثلاً تاشه یک گنبد می تواند نسبت به یک سیستم مختصات کروی تعریف شود در تاشه پردازی فرمکسی سیستم های مختصات استاندارد و غیر استاندارد متنوعی به کار می روند.

تولید داده

فرمول بندی فرمکس برای تولید داده از بسیاری جهات بر سایر نمونه های موجود که عموماً وابسته به نرم افزارهای تحلیلی بوده و به همین دلیل استفاده از آنها دارای محدودیت است برتری دارد . از سوی دیگر داده های تولید شده در شیوه فرمکس را می توان با استفاده از زبان فرمین در نرم افزارهای تحلیلی گوناگونی مانند آباکوس، ساپ ۲۰۰۰ و لوساس به کار برد .

شیوه فرمکسی می تواند در ترکیب با تمام تکنیک های رایانه ای موجود برای پیش پردازی ، پس پردازی ، ترسیم خودکار ، تولید شبکه توری، تحلیل سازه و ... مورد استفاده قرار گیرد.

ایجاد مفاهیم جدید

شیوه فرمکسی ، تاشه پردازی را به یک رشته جدید تبدیل می کند که می تواند به راحتی سطوح مختلف آموخته شود . مفاهیم فرمکس یک بستر مناسب برای ارتباط بین افراد در زمینه تاشه پردازی فراهم می کند و اجازه می دهد ایده ها با کمک تعاریف فرمکس مورد بحث قرار گیرند ، ثبت شوند و انتشار یابند.

افزونه گرس هاپر در نرم افزار راینو

نرم افزار راینو یک نرم افزار مدل سازی سه بعدی قوی است که توسط شرکت رابرت مک نیل و شرکا عرضه شده است. این نرم افزار بر پایه خطوط نربز تولید هندسه می کند. خطوط نربز چون تعریف ریاضی دارند دقیق تر از نرم افزارهای بر پایه مش مثل مکس، اسکچ آپ، اتوکد و غیره عمل می کنند. تعریف هندسه با خطوط ریاضی باعث شده است که راینو در تبدیل هندسه به نمونه های واقعی جلوتر از دیگر نرم افزارهای مدل سازی باشد.

خصوصیت های راینو

دیگر مزیت این نرم افزار، مدل سازی پوسته های پیچیده با دستورات ساده است. سطوح پیچیده تولید شده با راینو خیلی سبک تر از سطوح مشابه تولید شده با نرم افزارهای بر پایۀ مش می باشد. نرم افزار راینو در این چند سال به دلیل تولید ابزارهای حرفه ای در زمینه مدل سازی سه بعدی توانسته است با دیگر نرم افزارهای مدل سازی سه بعدی به صورت جدی به رقابت بپردازد.

برتری های راینو نسبت به سایر نرم افزار ها

امکان فرم پردازی و مدل سازی فرمهای آزاد سه بعدی؛ راینو دارای دستوراتی منحصر به فرد بوده و کمتر نرم افزاری از این مزیت برخوردار است؛

دقت فوق العاده؛

ویرایش و تغییر نامحدود؛

نقشه کشی دو بعدی و تصویر سازی؛

سازگاری و هماهنگی با نرم افزارها و سخت افزارها؛

یادگیری سریع و آسان محیط برنامه طوری طراحی شده است که کاربر می تواند به راحتی با فرمان ها و ابزارها ارتباط برقرار سازد؛

سرعت سرعت بالای این نرم افزار دیگر ویژگی است که آنرا خاص نموده است.

افزونه گرس هاپر

معماری الگوریتمیک و تکرارشونده در حال تبدیل شدن به یکی از گرایش های محبوب در حرفه معماری می باشد و در این میان نقش سرعت بخشی راینو به این حرکت انکار ناپذیر است قدرت این نرم افزار در طی این سالها با معرفی شدن افزونه های مختلفی در زمینه معماری افزایش یافته است. در این میان افزونه گرس هاپر به منظور آسان کردن برنامه نویسی در راینو و کاهش دادن سختی آموزش برنامه نویسی به معماران توسعه یافته است.

رابط کاربری ساده برای معماران

افزونه گرس هاپر نرم افزاری است قدرتمند که به معمار اجازه طراحی فرم آنالیز و انجام محاسبات عددی را به صورت پارامتریک می دهد مزیت اینکه فرم را با پارامترهای مشخص و با یک منطق تعریف شده ایجاد کنیم این است که تغییر آن فرم به راحتی امکان پذیر خواهد بود و همچنین آن فرم را می توان به محاسبات دلخواه متصل کرد این ابزار امکان پیوند چند رشته مثل معماری سازه انرژی ریاضیات، تأسیسات مدیریت پروژه و ساخت شهرسازی ماکت سازی الکترونیک فیزیک و دیگر رشته ها را فراهم می آورد.

واسط بین رشته ها

با این ابزار می توان خلاءهای ارتباط رشته های متفاوت درگیر در بخش ساختمان را پر کرد و مراحل طراحی تا ساخت را منطقی تر به نتیجه رساند در میان دانشجویان و اساتید معماری گرس هاپر که افزونه نرم افزار راینو است یک ابزار معروف برای طراحی معماری است .